Bioteknologi dan produksi Protein Sel Tunggal

(1)

BIOINDUSTRI

(2)

Aplikasi Bioteknologi dalam bidang industri

Bioteknologi adalah prinsip-prinsip ilmu pengetahuan

dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan

bahan dengan bantuan agen biologis yang

menghasilkan barang dan jasa.

Bioindustri adalah salah satu

bagian dari bioteknologi,

yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam

skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian

ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi

(3)

Definisi Bioindustri

•

_{Bioindustri secara umum adalah:}

• _Aplikasi_bioteknologi_{dalam bidang}_industri

•

_{Keywords: bioteknologi & industri}

•

_{Bioteknologi:}

• _{Prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk}

penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis

untuk menghasilkan barang dan jasa.

(4)

Definisi Bioindustri

•

_{Jadi BIOINDUSTRI adalah salah satu bagian dari}

bioteknologi , yakni

penerapan mikroorganisme dan enzim

dalam skala besar (skala industri) serta memperhitungkan

kajian ekonomi

dan untung rugi suatu proses produksi

•

_{Point Penting:}

1. Penerapan agen biologis (mikroorganisme) 2. Skala Produksi Besar (Skala Industri)

3. Adanya Kajian Ekonomi

(5)

Ruang Lingkup Bioindustri

•

_{Skala Aplikasi Bioteknologi}

1.

Laboratorium

 _{Tahap seleksi mikroorganisme (baik tanaman maupun}

hewan)

2.

Skala Pilot

 _{Penerapan kondisi operasi optimum}

3.

Skala Industri

 Proses produksi dengan pertimbangan ekonomi

industri

(6)

Ruang Lingkup Bioindustri

•

_{Bioteknologi modern untuk penelitian dan pengembangan}

produk fermentasi harus dapat diaplikasikan pada:

1.

Bahan Baku

 Memperbaiki bahan baku untuk proses tradisional

2.

Proses

 _{Pengembangan bioreaktor}

3.

Kultur Mikroba

 _{Memperkaya aplikasi mikroba}

(7)

Bahan Baku Fermentasi

•

_{Hasil Pertanian}

•

_{Sereal, buah-buahan, sayuran, kacang-kacangan}

•

_{Hasil Peternakan}

•

_{Susu sapi, daging}

•

_{Hasil Perkebunan}

•

_{Kopi, coklat, tebu}

•

_{Limbah Industri}

•

_{Molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat, sabut}

(8)

Syarat Bahan Fermentasi

•

_{Mudah didapat}

•

_{Jumlah besar}

•

_{Harga murah}

(9)

SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRI

1.

Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman,

hewan, limbah, kotoran, dll.

2.

Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan

(10)

NAMA KOLEKSI KULTUR DUNIA

America Type Culture Collection

Centraal Bureau VoorSchimmelculture Czechoslovak collection of microorganism Canadian Department of Agriculture

Collection of The Institute Pasteur Commonwealth Mycological Institute Deutsche Samlung Von Microorganism Faculty of Agriculture Tokyo University Institute of Applied Microbiology

National Collection of Industrial Bacterial

Rockville, USA

(11)

Bahan baku Fermentasi

•

_{Setiap mikroorganisme memerlukan:}

1. Air

2. Sumber Energi 3. Sumber Karbon 4. Sumber Nitrogen 5. Mineral

(12)

Bahan baku Fermentasi

•

_Air

• _{Merupakan komponen utama fermentasi} • _{Yang harus diperhatikan:}

• _pH

• _{Garam terlarut}

• _{Bahan buangan terlarut}

• _{Penyiapan air}

(13)

Bahan Baku Fermentasi

•

_{Sumber energi}

• _{Berasal dari oksidasi media atau cahaya}

• _{Sebagian besar mikroorganisme industri adalah}

chemo-organotrophs

(14)

Bahan Baku Fermentasi

•

_{Sumber Karbon}

• _{Faktor yang mempengaruhi pemilihan sumber karbon:}

• _{Harga , contoh: pembuatan etanol dimana 60-70% biaya produksi} berasal dari bahan baku

• _{Kemurnian sumber karbon, contoh; ion logam harus dihilangkan dari} karbohidrat pada proses dengan asam sitrat

• _{Metode preparasi media, khususnya pada proses sterilisasi pada} karbohidrat

(15)

Bahan Baku Fermentasi

•

_{Sumber Karbon}

• _{Sumber karbon:}

• _Karbohidrat

• _{Minyak dan lemak} • _Molase

• _{Whey susu} • _Hidrokarbon • _Glukosa • _Laktosa • _dll

(16)

Bahan Baku Fermentasi

•

_{Sumber Nitrogen}

• _{3-15% berat mikrobia adalah nitrogen} • _{Sumber nitrogen secara umum:}

• _Nitrat • _Urea

• _{Amonia (sebagai kontrol pH dan sumber nitrogen)} • _{Garam-garam amonium}

(17)

Bahan Baku Fermentasi

•

_Mineral

• _{Dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme} • _{Contoh mineral penting:}

• _{Magnesium, fosfor, potasium, sulfur, kalsium, klorin}

• _{Mineral lain yang biasanya keberadaannya merupakan impuritis}

dalam bahan

• _{Kobalt, besi, zinc, mangan, tembaga}

(18)

Bahan Baku, Produk , Mikro

Bahan Baku Produk Mikroorganisme Susu Sour milk product,

curdled milk, sour cream, yoghurt, kefir, koumiss, sour cream butter,

cheese

LAB, yeasts, acetic acid bacteria, fungi

Meat Fermented sausage

HAM

Fungi, yeasts, LAB, staphylococci,

streptomyces

Fungi, yeasts,LAB, staphylococci

Fish Fish sause, fermented

fish silage Staphylococci, vibrio costicola, LAB Olives, cabbage,

cucumber, tomato, and other

Fermented olive, saurerkraut, pickled cucumber

(19)

Bahan baku, produk , mikro

Bahan Baku Produk Mikroorganisme Dough and batters made

from cereals Sourdough, yeast dough, kisra LAB, yeast vide infra Malt, Koji, made from

cereals and grains

Beer, sake LAB, Yeasts, Fungi

Beer, wine Vinegar Acetic acid bacteria Grape and other fruits Wine Yeast, LAB, fungi

Soy, locust bean Soy sauce, tempe LAB, Bacilli, fungi, yeast

(20)

Kabutuhan Oksigen



Aerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya

membutuhan oksigen bebas



Anaerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya

hanya atau tumbuh baik jika tidak ada oksigen bebas.

Organisme menggunakan oksigen hasil pemecahan substrat



Mikroaerofil: Mikroorganisme yang hanya dapat tumbuh

baik jika konsentrasi oksigen hanya tersedia dalam jumlah

kecil



Fakultatif anaerob/aerob: Mikroba yang dalam

pertumbuhannya tergantung pada konsentrasi oksigen yang

ada dalam medium



Aerotoleran anaerob: Organisme yang selalu dapat tumbuh

pada keadaan anaerob -- it ignors the presence of oxygen.



Kapneat mikroba: Organism yang untuk pertumbuhannya

memerlukan 3 - 10% CO2

BC Yang

(21)

Pengaturan lingkungan

untuk pertumbuhan

bakteri

Obligat anaerob. Tidak

dapat tumbuh jika terdapat oksigen. Oksigen terdapat dalam jumlah kecilpun

toksik Contoh: Bacteroides spp.

Contoh: organisme yang untuk pertumbuhannya memerlukan 3% - 10% CO₂

(22)

Aplikasi Bakteri

No. Nama produk atau _makanan Bahan baku Bakteri yang berperan

1. Yoghurt susu Lactobacillus bulgaricus_{Streptococcus thermophilus} dan

2. Mentega susu Streptococcus lactis

3. Terasi ikan Lactobacillus sp.

4. Asinan buah-_buahan buah-buahan Lactobacillus sp.

5. Sosis daging Pediococcus cerevisiae

6. Kefin susu Lactobacillus bulgaricus dan

Srteptococcus lactis

Company Logo

(23)

Aplikasi Bakteri

Nama Produk Bakteri yang Berperan

Bir, Roti, wine, keju, Daging

termermentasi Latic acid bacteria Vinegar Spesies Acetobacter

Insektisida Bacillus thuringiensis

Asam amino Klebsiela aerogenes

Aseton Spesies clostridium

Etanol, gliserol Zymomonas mobilis

Xantan Xhantomonas campastris

Selulosa (nata) Acetobacter xylinum

Enzym α-amylase Bacillus substilis

(24)

(25)

Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk

manusia mulai dikembangkan pada awal tahun 1900.

Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan

sebutan

Single Cell Protein

(SCP) atau Protein Sel

Tunggal. Menurut Tannembaum (1971), Protein Sel

Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein

kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme,

seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang dan

protozoa. Sebenarnya ada dua istilah yang digunakan

untuk produk mikroba ini, yaitu PST (Protein Sel

(26)

Produksi Protein Sel Tunggal dalam

Mikroba Berfotosintesa

Ganggang dan bakteri tergolong mikroba

berfotosintesa yang digunakan untuk

memproduksi protein sel tunggal. Pertumbuhan

berfotosintesa ganggang yang diingikan,

seperti

Chlorella, Scenedesmus

, dan

Spirulina

,

adalah menurut reaksi sebagai berikut :

(27)

Organis

me Bahan Mentah Produksi Produsen atau Pengembang

Chlorella

sp. CO (dengan foto-2 sintesa); ₂ sirup tebu, tetes

(non-fotosintesa)

2 metrik

ton/hari Taiwan Chlorella Manufacture Co. Ltd, Taipei

ari Central Food Technological

Research Institute, mysore, India

Spirulina

maxima CO , atau NaHCO₂ 3 (dengan

fotosintesa₎

320 metrik

ton/tahun Sosa Texcoco, SA, Mexico City

(28)

PST adalah salah satu aplikasi dari Bioteknologi

• _{Bioteknologi konvenional :}

_{Pemanfaatkan microorganisme}

dalam menghasilkan alkohol, asam asetat, gula dll.

_{Microorganisme dapat}

mengubah bahan pangan.

_{Proses yang dibantu}

mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi.

_{Adanya penggunaan makhluk}

hidup

•

_{Bioteknologi modern}



Memanfaatkan

prinsip-prinsip ilmiah melalui

penelitian.



Menghasilkan produk

secara efektif dan efisien.



_{Didasarkan pada}

(29)

2. Manfaat

Manfaat PST

• _{Sejak tahun 1910 di Berlin PST dari}

Khamir telah yang dikenal dengan

sebutan “food yeast” telah diproduksi

selama perang Dunia I dan II.

• ”food yeast” digunakan di Jerman,

(30)

Mikroorganisme berperan

Scenedesmus acutus

Spirulina maxima

• Bakteri

Hydrogenomonas sp

Cellulomonas sp

Thermomonaspora fusca

• _Kapang

(31)

Kelebihan

• Produksi protein lebih cepat dan efisien dibandingkan

produksi protein nabati atau hewani

• Nilai gizi PST lebih tinggi dibandingkan protein nabati karena

komposisi asam amino lebih lengkap

• _{Produksi PST tidak memerlukan tempat yang luas}

dibandingkan produksi protein nabati atau hewani

• Produksi PST tidak dipengaruhi kondisi luar karena kondisi

fermentasi dapat diatur

• _{Proses produksi PST fleksibel karena dapat digunakan}

(32)

Kelemahan

• Kandungan asam nukleat tinggi

• Mikroorganisme mungkin mengadsorbsi

komponen beracun atau karsinogenik yang

terdapat di dalam substrat

• Dinding sel mikroorganisme kadang-kadang

mengandung komponen yang tidak dapat dicerna

dan bersifat racun atau menyebabkan alergi

(33)